電子產(chǎn)品設計課程設計--方波 三角波波形發(fā)生器

1、<p><b>　　《電子產(chǎn)品設計》</b></p><p><b>　　設計報告</b></p><p>　　設計時間： 2010年11月12日 </p><p>　　班 級： 07級電材二班 </p><p>　　姓 名： </p&

2、gt;<p>　　報告頁數(shù)： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　方波-三角波波形發(fā)生器 3</p><p>　　一、設計任務、要求及指標 3</p><p><b>　　二、設計目的 3</b></p>&l

3、t;p>　　三、原理電路設計 3</p><p>　　四、各組成部分的工作原理 5</p><p>　　五、電路的參數(shù)選擇及計算 7</p><p>　　六、電路仿真、制作與調(diào)試 10</p><p>　　七、實驗總結(jié)與體會 13</p><p>　　方波-三角波波形發(fā)生器</p><p>

4、;　　一、設計任務、要求及指標</p><p>　　任務：設計并制作用分立元件和集成運放放大器組成的能產(chǎn)生方波和三角波的波形發(fā)生器。</p><p><b>　　要求、指標：</b></p><p>　　題目1、方波-三角波波形發(fā)生器：</p><p><b>　　設計功能要求：</b></p

5、><p>　　輸出方波-三角波，頻率范圍：1Hz~10KHz；</p><p>　　輸出頻率范圍分檔設置，5檔設置；</p><p>　　輸出頻率精度：1%；</p><p><b>　　顯示輸出波形的頻率</b></p><p><b>　　二、設計目的</b></p&g

6、t;<p>　　1．掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法</p><p>　　2．掌握模擬IC器件的應用</p><p>　　3．培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力</p><p>　　4．掌握常用元器件的識別和測試</p><p>　　5．熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法</p><p>　　6．培養(yǎng)學生綜

7、合電子電路知識，解決電子技術(shù)方面常見實際問題的能力，促使學生積累際電子制作經(jīng)驗，目的在于鞏固基礎、注重設計、訓練技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩?lt;/p><p>　　7．在教師指導下獨立查閱資料、設計、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。 </p><p><b>　　三、原理電路設計</b></p><p>　?。?）方案比較與確定</p>

8、<p><b>　　1、方案一</b></p><p>　　由集成運放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖1所示為由滯回比較器及簡單RC積分電路組成的方波——三角波發(fā)生器。它的特點是線路簡單，但三角波的線性度差。主要用于產(chǎn)生方波，或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱龊稀?lt;/p><p>　　式中R1=R1′+ R″ R2=R

9、2′+ R″</p><p>　　方波的輸出幅值 U =±U</p><p>　　三角波的幅值 </p><p>　　調(diào)節(jié)電位器器R（即改變R2／R1），可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之變化．如要互不影響，則可通過改變R（C）來實現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2、方案二<

10、/b></p><p>　　如把滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，則比較器輸出的方波經(jīng)積分器積分，可到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三角波、方波發(fā)生器。由于采用運放組成的積分電路，因此可實現(xiàn)恒流充電，便三角波線性大大改善。</p><p>　　故此，選方案二，因為方案二得到的波形較好而且電路較簡單。</p><p>　?。?/p>

11、2）整體電路框圖的確定</p><p>　　按照方案二可以得到以下的電路框架 </p><p>　?。?）單元電路設計及元件選擇</p><p>　　如附錄的電路圖，第一，第二個運算器分別構(gòu)成方波和三角波電路。圖中運算放大器U1，與電阻R2,RP1構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器（也就是遲滯比較器）。運算放大器U2與RP3、C1、C2構(gòu)成積分電路。這兩個電路形成閉合回路。由

12、于電容C1、C2的密勒效應，在U2的輸出得到線性度較好的三角波</p><p><b>　　輸出方波幅值為；</b></p><p>　　其中為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，故輸出方波的峰峰值為，這樣按照要求，穩(wěn)壓管可以選用穩(wěn)壓值大于10V的管，本電路選用型號為1N4744A的穩(wěn)壓管，它的穩(wěn)壓值是。</p><p>　　而三角波的幅值為，為了使輸出三角波的

13、幅值可調(diào)，這里取，則。</p><p><b>　　原理框圖：</b></p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的為方波，再經(jīng)積分器得到三角波。</p><p>　　四、各組成部分的工作原理</p><p>　　1、方波產(chǎn)生電路的工作原理</p><p><b

14、>　　電路組成如右圖：</b></p><p>　　它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延時環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。</p><p>　　設某一時刻輸出電壓uo=+Uz，則同相輸入端電位up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電。反相輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸升高，當t趨近于無窮時，uN趨于+Uz；但是，一旦uN

15、=+UT，再稍增大，uo就從+Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時up從+UT躍變?yōu)?UT。隨后，uo又通過R3對電容C反向充電。反相輸入端電位uN隨時間增長而逐漸降低，當t趨近于無窮時，uN趨于-Uz；但是，一旦uN=-UT，再稍減少，uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時up從-UT躍變?yōu)?UT，電容又開始正向充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　2、方波——三角波產(chǎn)生電路工作原理</p

16、><p><b>　　電路組成：</b></p><p>　　如圖，當方波發(fā)生電路的輸出電壓u01=+Uz時，積分運算電路的輸出電壓uo將線性下降；而當uo1=-Uz時，uo將線性上升。</p><p>　　由于存在RC電路和積分電路兩個延遲環(huán)節(jié)，在實際電路中，將它們“合二為一”，即去掉方波發(fā)生電路中的RC回路，使積分運算電路即作為延遲環(huán)節(jié)，又作為

17、方波變?nèi)遣娐?，滯回比較器和積分運算電路的輸出互為另一個電路的輸入。</p><p>　　其中A1、A2構(gòu)成方波、三角波產(chǎn)生電路。運算放大器A1，與電阻R2、R3構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器(即滯回比較器)。運算放大器A2與R5、C構(gòu)成積分電路。二者形成閉合回路。由于電容C的米勒效應，在A2的輸出得到線性度較好的三角波。</p><p><b>　　理論計算公式：</b>

18、;</p><p>　　振蕩周期： </p><p><b>　　輸出方波幅度：</b></p><p>　　Uz為穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓</p><p><b>　　輸出三角波幅度：</b></p><p><b>　　振蕩頻率：</b>

19、</p><p>　　五、電路的參數(shù)選擇及計算</p><p>　　由于輸出頻率不高，所以集成運放選用通用型的UA741C；根據(jù)公式</p><p>　　取R2＝R3 ，可使輸出方波幅度等于輸出三角波幅度，我們使R2=R3=10kΩ，這樣易于實現(xiàn)；考慮到電路的簡潔性以及可靠性，所以在這里不使用電位器。因為輸出方波-三角波要求頻率范圍：1Hz~10KHz，頻率跨度大。

20、所以采用同時變換和 的方法來達到要求。</p><p>　　當=25 kΩ, =10uF時，</p><p>　　同理，當=25 kΩ, =1.0uF時，f=10Hz；</p><p>　　當=25 kΩ, =100nF時，f=100Hz；</p><p>　　當=25 kΩ, =10nF時，或當=2.5 kΩ, =100nF時，f=1000

21、Hz；</p><p>　　當=2.5 kΩ, =10nF時，f=10KHz；</p><p>　　由于找不到25kΩ和2.5kΩ的電阻，所以只能取相近的24kΩ和2.4kΩ；R4 是穩(wěn)壓管的限流電阻，其值的大小是由所選用的穩(wěn)壓管參數(shù)決定。因為穩(wěn)壓管為12Ｖ0.5W ,所以取R4=1kΩ</p><p>　　六、電路仿真、制作與調(diào)試</p><p

22、>　　電路原理圖仿真如上圖所示：</p><p>　　這里使用EWB10（即MULTISIMv10）進行仿真。仿真波形如下：</p><p>　　輸出信號為1Hz時，方波和三角波的波形如下：</p><p>　　輸出信號為10Hz時，方波和三角波的波形如下：</p><p>　　輸出信號為100Hz時，方波和三角波的波形如下：</

23、p><p>　　當=24 kΩ, =10nF時,輸出信號為1000Hz時，方波和三角波的波形如下：</p><p>　　當=2.4 kΩ, =100nF時,輸出信號為1000Hz時，方波和三角波的波形如下：</p><p>　　輸出信號為10KHz時，方波和三角波的波形如下：</p><p><b>　　5、元器件清單</b>

24、;</p><p>　　固定電阻：10K（5個）24K（1個）2.4K（1個）1K(一個)</p><p>　　電解電容：10uF(一個)1uF(一個)100nF(一個)10nF(一個)</p><p>　　穩(wěn)壓管：1N4744A(兩個)</p><p>　　運放芯片：LM741(兩片)</p><p>　　雙刀開關(guān)（

25、一個）四刀開關(guān)（一個）</p><p><b>　　七、實驗總結(jié)與體會</b></p><p>　　1、作品的優(yōu)點和缺點</p><p>　　自己覺得本作品的優(yōu)點有四個：①輸出波形的頻率可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。②輸出三角波的幅值可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。③限流電阻可采用了變阻器，故能夠調(diào)節(jié)一定程度的波形失真程度。另外，本電路存在一定的缺點，方波的

26、輸出波形的頂部出現(xiàn)小小傾斜（即失真）。</p><p><b>　　2、改進方案</b></p><p>　　針對本電路的不足，自己覺得改善電路的方法是選用適當阻值的限流電阻，性能和穩(wěn)壓值更相似的穩(wěn)壓管，另外，還可以換用更好的運算器芯片，如高速型片LF353。</p><p><b>　　3、心得體會</b></p&

27、gt;<p>　　首先學習電路的基本設計方法，使我對抽象的理論有了具體的認識。加深對課堂知識的理解和應用。完成指定的設計任務，理論聯(lián)系實際，實現(xiàn)書本知識到工程實踐的過渡；學會設計報告的撰寫方法。</p><p>　　其次，通過這次課程設計，我對仿真軟件有了一定的認識，懂得焊接電路，更懂得如何使用萬用表我掌握了常用元件的識別和測試，熟悉了常用的儀器儀表的使用，初步了解了電路的連接和布局的方法和注意事項